轉自:Java單例模式
Java中單例(Singleton)模式是一種廣泛使用的設計模式。單例模式的主要作用是保證在Java程序中,某個類只有一個實例存在。一些管理器和控制器常被設計成單例模式。
單例模式有很多好處,它能夠避免實例對象的重複創建,不僅可以減少每次創建對象的時間開銷,還可以節約內存空間;能夠避免由於操作多個實例導致的邏輯錯誤。如果一個對象有可能貫穿整個應用程序,而且起到了全局統一管理控制的作用,那麼單例模式也許是一個值得考慮的選擇。
單例模式有很多種寫法,大部分寫法都或多或少有一些不足。下面將分別對這幾種寫法進行介紹。
1、餓漢模式
- public class Singleton{
- private static Singleton instance = new Singleton();
- private Singleton(){}
- public static Singleton getInstance(){
- return instance;
- }
- }
這種實現方式適合單例佔用內存比較小,在初始化時就會被用到的情況。但是,如果單例佔用的內存比較大,或單例只是在某個特定場景下才會用到,使用餓漢模式就不合適了,這時候就需要用到懶漢模式進行延遲加載。
2、懶漢模式
- public class Singleton{
- private static Singleton instance = null;
- private Singleton(){}
- public static Singleton getInstance(){
- if(null == instance){
- instance = new Singleton();
- }
- return instance;
- }
- }
懶漢模式中單例是在需要的時候纔去創建的,如果單例已經創建,再次調用獲取接口將不會重新創建新的對象,而是直接返回之前創建的對象。如果某個單例使用的次數少,並且創建單例消耗的資源較多,那麼就需要實現單例的按需創建,這個時候使用懶漢模式就是一個不錯的選擇。但是這裏的懶漢模式並沒有考慮線程安全問題,在多個線程可能會併發調用它的getInstance()方法,導致創建多個實例,因此需要加鎖解決線程同步問題,實現如下。
- public class Singleton{
- private static Singleton instance = null;
- private Singleton(){}
- public static synchronized Singleton newInstance(){
- if(null == instance){
- instance = new Singleton();
- }
- return instance;
- }
- }
3、雙重校驗鎖
加鎖的懶漢模式看起來即解決了線程併發問題,又實現了延遲加載,然而它存在着性能問題,依然不夠完美。synchronized修飾的同步方法比一般方法要慢很多,如果多次調用getInstance(),累積的性能損耗就比較大了。因此就有了雙重校驗鎖,先看下它的實現代碼。
- public class Singleton {
- private static Singleton instance = null;
- private Singleton(){}
- public static Singleton getInstance() {
- if (instance == null) {
- synchronized (Singleton.class) {
- if (instance == null) {//2
- instance = new Singleton();
- }
- }
- }
- return instance;
- }
- }
我們看到雙重校驗鎖即實現了延遲加載,又解決了線程併發問題,同時還解決了執行效率問題,是否真的就萬無一失了呢?
這裏要提到Java中的指令重排優化。所謂指令重排優化是指在不改變原語義的情況下,通過調整指令的執行順序讓程序運行的更快。JVM中並沒有規定編譯器優化相關的內容,也就是說JVM可以自由的進行指令重排序的優化。
這個問題的關鍵就在於由於指令重排優化的存在,導致初始化Singleton和將對象地址賦給instance字段的順序是不確定的。在某個線程創建單例對象時,在構造方法被調用之前,就爲該對象分配了內存空間並將對象的字段設置爲默認值。此時就可以將分配的內存地址賦值給instance字段了,然而該對象可能還沒有初始化。若緊接着另外一個線程來調用getInstance,取到的就是狀態不正確的對象,程序就會出錯。
以上就是雙重校驗鎖會失效的原因,不過還好在JDK1.5及之後版本增加了volatile關鍵字。volatile的一個語義是禁止指令重排序優化,也就保證了instance變量被賦值的時候對象已經是初始化過的,從而避免了上面說到的問題。代碼如下:
- public class Singleton {
- private static volatile Singleton instance = null;
- private Singleton(){}
- public static Singleton getInstance() {
- if (instance == null) {
- synchronized (Singleton.class) {
- if (instance == null) {
- instance = new Singleton();
- }
- }
- }
- return instance;
- }
- }
4、靜態內部類
除了上面的三種方式,還有另外一種實現單例的方式,通過靜態內部類來實現。首先看一下它的實現代碼:
- public class Singleton{
- private static class SingletonHolder{
- public static Singleton instance = new Singleton();
- }
- private Singleton(){}
- public static Singleton newInstance(){
- return SingletonHolder.instance;
- }
- }
這種方式同樣利用了類加載機制來保證只創建一個instance實例。它與餓漢模式一樣,也是利用了類加載機制,因此不存在多線程併發的問題。不一樣的是,它是在內部類裏面去創建對象實例。這樣的話,只要應用中不使用內部類,JVM就不會去加載這個單例類,也就不會創建單例對象,從而實現懶漢式的延遲加載。也就是說這種方式可以同時保證延遲加載和線程安全。
5、枚舉
再來看本文要介紹的最後一種實現方式:枚舉。
- public enum Singleton{
- instance;
- public void whateverMethod(){}
- }
上面提到的四種實現單例的方式都有共同的缺點:
1)需要額外的工作來實現序列化,否則每次反序列化一個序列化的對象時都會創建一個新的實例。
2)可以使用反射強行調用私有構造器(如果要避免這種情況,可以修改構造器,讓它在創建第二個實例的時候拋異常)。
而枚舉類很好的解決了這兩個問題,使用枚舉除了線程安全和防止反射調用構造器之外,還提供了自動序列化機制,防止反序列化的時候創建新的對象。因此,《Effective Java》作者推薦使用的方法。不過,在實際工作中,很少看見有人這麼寫。
看不懂枚舉的話,請轉到:java利用枚舉實現單例